Protocoale de rutare MANET: proactive, reactive și hibride

Într-o rețea mobilă ad-hoc, cea mai grea întrebare de rutare nu este doar cum să găsești o cale, ci când trebuie creată acea cale și cât timp ar trebui menținută. Modificările constante ale topologiei pot învechi rutele precalculate, în timp ce descoperirea la cerere poate adăuga întârziere înainte de începerea traficului. Pentru o rețea MANET Mesh Radio, acest compromis afectează în mod direct latența, supraîncărcarea de control, utilizarea lățimii de bandă și recuperarea după defecțiunile conexiunii. Înțelegerea rutării proactive, reactive și hibride îi ajută pe ingineri să aleagă o abordare care se potrivește mai bine cu modelele de trafic, mobilitatea și condițiile reale de operare multi-hop.

 

Rutarea proactivă, reactivă și hibridă dintr-o privire

Principala diferență este atunci când se întâmplă munca de rutare

Rutarea proactivă își desfășoară o mare parte din activitatea sa înainte ca traficul aplicației să aibă nevoie de o cale. Nodurile schimbă în mod continuu sau periodic informații de rutare, permițându-le să mențină în avans rutele către destinații accesibile. Când un dispozitiv trebuie să transmită, MANET Mesh Radio poate consulta de obicei o intrare de redirecționare existentă în loc să înceapă o nouă căutare a rutei la nivel de rețea.

Rutarea reactivă adoptă abordarea opusă. În loc să mențină fiecare rută posibilă, descoperă o cale atunci când o sursă trebuie să ajungă la o destinație. Acest lucru reduce activitatea de rutare inutilă atunci când traficul este rar, dar un nou flux de comunicații poate fi nevoit să aștepte cât timp este localizată ruta. Aceste două comportamente creează un compromis direct între resurse versus întârziere, mai degrabă decât o simplă întrebare despre care metodă este universal mai bună.

Rutarea hibridă împarte problema. O rețea poate menține în mod proactiv rutele frecvent utile sau din apropiere în timp ce utilizează descoperirea la cerere pentru destinații din afara acestui domeniu. Scopul nu este de a elimina costurile oricărui model, ci de a plasa acele costuri acolo unde creează cea mai mare valoare.

Comparați compromisurile care contează într-un MANET

Tabelul este mai util ca punct de plecare decât ca regulă de selecție. Un radio proactiv MANET Mesh poate oferi acces rapid la rutele cunoscute, dar petrece timp de antenă valoros menținând căi care transportă puține date. Un design reactiv poate evita o parte din această povară de control, dar descoperirile repetate pot deveni costisitoare atunci când rutele se întrerup frecvent. Comportamentul hibrid devine atractiv atunci când o parte a rețelei are nevoie de cunoaștere persistentă a rutei, în timp ce alte destinații sunt contactate doar ocazional.

 

Traseu proactiv: menținerea rutelor pregătite înainte de sosirea traficului

Cum rutarea proactivă menține vizualizarea rețelei

Un protocol proactiv menține suficientă stare de rutare pentru ca nodurile să redirecționeze traficul fără a efectua mai întâi o căutare de la capăt la capăt. Mesajele de rutare sau topologie sunt schimbate la intervale regulate sau atunci când apar modificări relevante, iar fiecare nod își actualizează vizualizarea despre destinațiile accesibile. Rezultatul este o rețea MANET Mesh Radio în care informațiile de redirecționare sunt în general pregătite înainte de a începe un nou flux de aplicații.

DSDV este un exemplu familiar de vector de distanță, în timp ce OLSR reprezintă o abordare proactivă a stării de legătură. OLSR schimbă în mod regulat informații de topologie și utilizează relee multipunct selectate, sau MPR, pentru a reduce retransmisiile redundante în timpul inundației mesajelor de control. Mecanismul MPR limitează numărul de noduri necesare pentru a transmite traficul de control al transmisiei, reducând retransmisiile inutile în comparație cu inundațiile convenționale.

Când Traficul de Rutare Suplimentar Merită

Comportamentul proactiv este cel mai convingător atunci când o parte semnificativă a rețelei comunică în mod regulat. Dacă multe perechi de noduri fac schimb de date, menținerea rutelor care vor fi utilizate în curând poate fi mai eficientă decât descoperirea lor în mod repetat. De asemenea, merită evaluat când o aplicație acordă o valoare mare latenței previzibile a primului pachet și rețeaua MANET Mesh Radio are suficientă capacitate pentru a suporta actualizările continue de rutare.

Cu toate acestea, numai mobilitatea ridicată nu face ca rutarea proactivă să fie o alegere evidentă. Modificările rapide ale topologiei pot face ca informațiile de rutare stocate să devină mai repede învechite, ceea ce poate necesita schimburi de control mai frecvente pentru a menține utilă vizualizarea rețelei. Prin urmare, o plasă mobilă densă poate câștiga din rutele pregătite, plătind în același timp un preț semnificativ pentru menținerea actuală a acestor rute.

 

Rutare reactivă: Găsirea unei căi numai atunci când este nevoie

De la Solicitarea traseului la Repararea traseului

Rutarea reactivă amână crearea rutei până când există cerere reală. AODV oferă un exemplu clar: atunci când o sursă are nevoie de o destinație pentru care nu are nicio rută validă, poate genera o cerere de rută sau RREQ. Acea solicitare este diseminată prin intermediul rețelei ad-hoc până când un nod adecvat poate returna un Răspuns la rută, sau RREP, care stabilește informații de redirecționare către destinație.

Odată ce ruta există, traficul normal o poate folosi fără a repeta descoperirea pentru fiecare pachet. Dacă o legătură de pe calea activă devine inutilizabilă, AODV poate genera o eroare de rută sau RERR, astfel încât nodurile afectate pot invalida ruta întreruptă și pot lua măsuri corective. RREQ, RREP și RERR lucrează împreună pentru a sprijini descoperirea rutei, stabilirea căii și recuperarea după eșecul legăturii.

Unde rutarea la cerere are mai mult sens

Rutarea reactivă poate fi atractivă atunci când doar o parte a rețelei comunică activ. Imaginați-vă o rețea cu multe radiouri desfășurate pe o zonă largă, dar doar câteva perechi sursă-destinație active la un moment dat. Menținerea informațiilor complete despre rută pentru fiecare pereche posibilă ar putea consuma capacitatea canalului fără a furniza valoare proporțională. În aceste condiții, o strategie MANET Mesh Radio la cerere poate concentra efortul de rutare în jurul traficului activ.

Telemetria intermitentă, transferurile ocazionale de fișiere, traficul de senzori determinat de evenimente și legăturile de comandă selectivă sunt exemple de tipare care pot beneficia. Compensația este că primul pachet pentru o nouă destinație poate suferi o întârziere suplimentară în timp ce o rută este stabilită. Rutarea bazată pe cerere poate utiliza lățimea de bandă și energia rețelei mai eficient atunci când se evită întreținerea inutilă a rutei, dar descoperirea rutei introduce o latență suplimentară.

Mobilitatea modifică calculul, deoarece rutele pot înceta să mai fie valabile înainte de a fi livrat suficient trafic pentru a justifica costul descoperirii. Un radio care se mișcă rapid nu este automat problematic dacă formația generală păstrează relații stabile de vecin. Dimpotrivă, mișcarea relativ lentă prin clădiri, teren, interferență sau umbrirea antenei pot rupe căile în mod repetat.

Din acest motiv, durata de viață a rutei este adesea o problemă operațională mai bună decât viteza vehiculului sau platformei. Dacă un radio MANET Mesh descoperă în mod repetat o cale doar pentru a o pierde câteva momente mai târziu, supraîncărcarea reactivă și întreruperile pot crește rapid. Prin urmare, adecvarea rutării la cerere depinde atât de cererea de trafic, cât și de cât timp rămân utile căile descoperite.

 

Rutare hibridă: Păstrarea căilor din apropiere pregătite fără a urmări totul

Cum funcționează împreună rutarea proactivă locală și descoperirea mai largă

Rutarea hibridă încearcă să plaseze întreținerea proactivă a rutei acolo unde are cel mai mare beneficiu, evitând în același timp întreținerea la nivel de rețea pentru fiecare destinație posibilă. Protocolul de rutare a zonei, sau ZRP, ilustrează clar ideea. Fiecare nod menține rutele în mod proactiv într-o zonă locală de rutare, în timp ce destinațiile din afara acelei zone sunt atinse printr-un mecanism reactiv de interogare și răspuns.

În ZRP, zona de rutare este definită de o rază configurabilă măsurată în hop. O rază mai mare înseamnă că un nod cunoaște mai multe despre topologia înconjurătoare în mod proactiv, crescând disponibilitatea imediată a rutei, dar și extinzând domeniul de aplicare a întreținerii rutei. O rază mai mică limitează această sarcină de control local în timp ce împinge comunicațiile mai îndepărtate către descoperirea reactivă.

ZRP este tratat cel mai bine ca un exemplu arhitectural, mai degrabă decât o dovadă că fiecare hibrid MANET Mesh Radio utilizează același mecanism. ZRP a rămas un Internet-Draft IETF în loc să devină un standard de internet, dar structura sa local-proactivă și global-reactivă rămâne un model util pentru înțelegerea comportamentului de rutare hibridă.

Unde o abordare hibridă devine utilă

Modelul hibrid devine deosebit de relevant atunci când traficul nu este distribuit uniform în rețea. Un grup de noduri din apropiere poate face schimb continuu de date de voce, telemetrie sau coordonare, în timp ce comunicarea cu noduri mai îndepărtate are loc doar ocazional. Menținerea rutelor din apropiere poate minimiza întârzierea pentru traficul local comun, în timp ce descoperirea la cerere evită urmărirea continuă a fiecărei căi de la distanță.

Prin urmare, ochiurile mai mari sau diverse din punct de vedere operațional pot justifica evaluarea comportamentului hibrid. Provocarea este configurarea mai degrabă decât o simplă etichetă de protocol: dimensiunea zonei și domeniul de rutare determină cât de multă suprasarcină proactivă este acceptată și cât de des este necesară descoperirea reactivă. Un radio hibrid MANET Mesh ar trebui, în consecință, testat în condiții realiste de spațiere a nodurilor și distribuție a traficului, în loc să se presupună că depășește automat ambele abordări pure.

 

Alegerea unei abordări de rutare pentru o rețea radio reală MANET Mesh

Începeți cu modelul de trafic și stabilitatea rutei

Începeți cu traficul pe care trebuie să îl transporte de fapt rețeaua. Videoclipul continuu, vocea, legăturile de comandă, telemetria persistentă și schimburile frecvente de date de la nod la nod creează cerințe diferite de rutare din rapoartele ocazionale ale senzorilor sau transferurile de fișiere. Când comunicarea este constantă și destinația se poate schimba rapid, pregătirea traseului poate merita o greutate mai mare; când sunt active doar câteva căi, menținerea rutelor neutilizate poate fi mai greu de justificat.

Stabilitatea rutei ar trebui evaluată separat de viteza de mobilitate brută. Radiourile montate pe aeronave sau vehicule care se deplasează în formație pot călători rapid, menținând în același timp relații de vecinătate relativ stabile. În schimb, un radio MANET Mesh mai lent care se deplasează în spatele structurilor, terenului, vegetației sau a altor obstacole poate suferi modificări frecvente ale conexiunii, în ciuda vitezei sale fizice mai mici.

Măsurarea utilă este cât de mult rămâne viabilă o rută end-to-end și cât de repede se recuperează comunicarea atunci când nu. Cerințele aplicației determină apoi dacă un scurt interval de descoperire a rutei sau de recuperare este acceptabil.

Relaționați teoria de rutare cu capacitățile radioului Mesh

Teoria protocolului devine utilă doar atunci când este conectată la ceea ce platforma radio implementează și măsoară de fapt. Seria WDS MIMOmesh Lightweight Airborne combină o arhitectură ad-hoc wireless distribuită, fără centru, cu rutare dinamică Layer 2 sau Layer 3, releu multi-hop și modurile de topologie punct-la-punct, punct-la-multipunct, multipunct-la-multipunct, stea, linie, rețea și topologie hibridă. Aceste capabilități sunt relevante atunci când se evaluează modul în care un MANET Mesh Radio se poate potrivi în implementările mobile multi-hop fără a presupune că implementează un anumit protocol de rutare manual.

MIMOmesh-ul Seria ușoară de radio MANET Mesh, aeropurtată, acceptă o întârziere medie a unui singur salt de 6 ms într-o condiție unidirecțională de 20 MHz, împreună cu acces la rețea, actualizare sau timp de comutare sub o secundă și capacitatea de rețea multi-hop. Aceste valori ar trebui tratate ca specificații de funcționare legate de condiții definite, mai degrabă decât ca o dovadă că radioul utilizează AODV, DSDV, OLSR, ZRP sau un alt algoritm numit.

O matrice utilă de decizie de rutare este, prin urmare, simplă:

Selecția finală ar trebui să provină în continuare din testarea reprezentativă. Un radio MANET Mesh poate funcționa diferit pe măsură ce adâncimea hopului, congestia canalului, mobilitatea, interferența și traficul concomitent cresc, chiar și atunci când strategia de rutare de bază pare adecvată pe hârtie. Testarea ar trebui să reproducă formarea așteptată, numărul de noduri, amestecul de aplicații și evenimentele de eșec suficient de aproape pentru a dezvălui modul în care întreținerea rutei concurează cu traficul de sarcină utilă.

Pentru sistemele distribuite MANET Mesh Radio, cum ar fi WDS MIMOmesh, capabilități precum rutarea dinamică și releul multi-hop oferă un punct de plecare pentru validare. Echipa de implementare ar trebui să confirme cât de repede se adaptează rutele, cum se modifică debitul în mai multe hopuri și dacă latența rămâne acceptabilă atunci când topologia este perturbată. Aceste dovezi sunt mai valoroase decât selectarea echipamentelor pur și simplu pentru că specificațiile sale folosesc termenul MANET Mesh Radio.

 

Concluzie

Alegerea dintre rutarea proactivă, reactivă și hibridă se reduce la modul în care o rețea echilibrează pregătirea traseului, controlul general, mobilitatea și timpul de recuperare. Prin urmare, un radio MANET Mesh ar trebui evaluat în raport cu modelele reale de trafic, numărul de hop și modificările legăturilor, mai degrabă decât prin etichetele protocolului.

Pentru implementările care necesită conectivitate mobilă multi-hop, Shenzhen Sinosun Technology Co., Ltd. oferă sisteme MIMOmesh cu rutare dinamică și capabilități de releu multi-hop. Folosite cu teste realiste pe teren, aceste capabilități pot ajuta echipele să construiască rețele care mențin comunicarea mai eficient pe măsură ce topologia și condițiile de operare se schimbă.

 

FAQ

Î: Care sunt principalele tipuri de protocoale de rutare MANET?

R: Protocoalele de rutare MANET sunt grupate în mod obișnuit în abordări proactive, reactive și hibride. Ele diferă în principal în momentul în care rutele sunt create, întreținute și actualizate pe măsură ce topologia rețelei se modifică.

Î: Care este diferența dintre rutarea MANET proactivă și reactivă?

R: Rutarea proactivă menține rutele în mod continuu, reducând întârzierea de configurare a rutei. Rutarea reactivă descoperă căile numai atunci când este necesar, ceea ce reduce traficul de control de rutină, dar poate crește latența inițială a transmisiei.

Î: Care abordare de rutare funcționează cel mai bine în MANET-urile extrem de mobile?

R: Nu există o alegere universală. Performanța depinde de stabilitatea rutei, frecvența traficului, densitatea nodurilor, numărul de hop și cerințele de recuperare, mai degrabă decât viteza de mobilitate.

Î: Cum funcționează rutarea într-o rețea MANET Mesh Radio?

R: Un radio MANET Mesh poate redirecționa traficul prin nodurile învecinate, permițând datelor să ajungă la destinații dincolo de raza radio directă, în timp ce rutele se adaptează la schimbarea conectivității.

Î: Este AODV proactiv sau reactiv?

R: AODV este un protocol de rutare reactiv. Descoperă rute la cerere folosind mesaje de solicitare și răspuns, apoi repară sau înlocuiește căile atunci când legăturile active eșuează.

Î: De ce este importantă overhead de rutare într-un MANET?

R: Mesajele de rutare partajează timp de antenă wireless limitat cu traficul aplicației. Traficul de control excesiv poate reduce debitul utilizabil, mai ales pe măsură ce numărul de noduri, mobilitatea și activitatea multi-hop cresc.